RU1786479C - Electric circuit protection device - Google Patents

Abstract

Область использовани : в качестве устр- ва защиты электрических цепей от к.з. и перегрузок по току. Сущность изобретени : устр-во содержит ключевой исполнительный элемент с блоками включени  и отключени , пороговый элемент, блок подгрузки. В устр-во введены диод и стабилитрон. Это позволило обеспечить безопасное ограничение зар да входной емкости транзистора исполнительного элемента при бросках сетевого напр жени . Снижаетс  мощность, потребл ема  устр-вом в режиме контрол . 1 ил.Field of use: as a device for protecting electrical circuits against short-circuit and overcurrents. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a key actuating element with on and off blocks, a threshold element, a loading unit. A diode and a zener diode are introduced into the device. This made it possible to ensure a safe limitation of the charge of the input capacitance of the transistor of the actuating element during surges of the mains voltage. The power consumed by the device in control mode is reduced. 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в средствах электропитани  в качестве устройства защиты электрических цепей от коротких замыканий и перегрузок.The invention relates to electrical engineering and can be used in power supply as a device for protecting electrical circuits from short circuits and overloads.

Известно устройство, содержащее ключевой исполнительный элемент, включенный последовательно с датчиком тока, пороговый элемент, блок включени  и блок отключени  исполнительного элемента, выходом включенный параллельно управл ющим входам исполнительного элемента, а также блок подгрузки, причем управл ющий вход транзистора блока включени  через разделительный конденсатор подключен к резисторному делителю напр жени , включенному параллельно входным выводам, а также к соединенным последовательно резистору, выходной цепи транзистора и управл ющим входам исполнительного элемента, при этом обща A device is known that contains a key actuator connected in series with a current sensor, a threshold element, an enabler and an actuator shutdown unit, an output connected in parallel to the control inputs of the actuator, and a loading unit, the control input of the transistor of the enabler through an isolation capacitor connected to a resistor voltage divider connected in parallel with the input terminals, as well as to a resistor connected in series, the output transistor Ora and the control inputs of the actuating element, while

точка резистора и упом нутого транзистора через ограничительный резистор св зана с выходом порогового элемента, посредством которого вход транзистора блока отключени  св зан с датчиком тока, кроме того, управл ющий вход исполнительного элемента через резистор подключен к источнику вспомогательного напр жени , а параллельно силовой цепи исполнительного элемента включена входна  цепь пеового транзистора блока подгрузки, выходной цепью подключенного к входным выводам через ограничительный резистор, параллельно которому входной цепью включен второй транзистор блока подгрузки, выходной цепью подключенный через балластный резистор к выходным выводам.the point of the resistor and said transistor is connected through the limiting resistor to the output of the threshold element, through which the input of the transistor of the trip unit is connected to the current sensor, in addition, the control input of the actuator through the resistor is connected to the auxiliary voltage source, and parallel to the power circuit of the actuator of the element, the input circuit of the load transistor of the loading unit is connected, the output circuit connected to the input terminals through a limiting resistor, parallel to which the input circuit a second transistor included drink podgruzki unit, the output circuit is connected through a ballast resistor to the output terminals.

Недостатками устройства  вл ютс  пониженные КПД и надежность.The disadvantages of the device are reduced efficiency and reliability.

Пониженна  надежность про вл етс  при резких просадках сетевого напр жени Reduced reliability manifests itself during sudden drops in mains voltage.

ЈЈ

VJ 00Vj 00

оabout

ЈьЈь

чh

|ч| h

||

в пределах допуска, возможностью самопроизвольного выключени  устройства из- за перезар да от разделительного конденсатора входной емкости транзистора исполнительного элемента, а также ее зар дом до опасных напр жений при увеличенном диапазоне изменени  сетевого напр жени .within the tolerance, the possibility of spontaneous shutdown of the device due to overcharging from the isolation capacitor of the input capacitance of the transistor of the actuator, as well as its charge to dangerous voltages with an increased range of variation of the mains voltage.

Пониженный КПД определ етс  непосредственным подключением входа транзистора блока отключени  через ограничительные резисторы к плюсовому входному выводу. При этом ограничительные резисторы наход тс  под потенциалом сетевого напр жени  и через них протекает ток, необходимый дл  отпирани  транзистора . При повышенных сетевых напр жени х рассеиваема  в резисторах мощность достигает больших значений.The reduced efficiency is determined by directly connecting the input of the transistor of the trip unit through the limiting resistors to the positive input terminal. At the same time, the limiting resistors are under the potential of the mains voltage and the current necessary for unlocking the transistor flows through them. At higher mains voltages, the power dissipated in the resistors reaches large values.

Цель изобретени  - повышение надежности и КПД.The purpose of the invention is to increase reliability and efficiency.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  защиты электрических цепей введены диод и стабилитрон, причем анод диода соединен через первый резистор делител  напр жени  с плюсовым входным выводом, а катод - с общей точкой второго резистора делител  напр жени  и разделительного конденсатора, между другими выводами которых включен стабилитрон , кроме того вход транзистора блока отключени  подсоединен через ограничительный резистор к общей точке выходной цепи транзистора блока подгрузки и балластного резистора.This goal is achieved by the fact that a diode and a zener diode are inserted into the device for protecting electrical circuits, the diode anode connected through the first voltage divider resistor to the positive input terminal, and the cathode connected to the common point of the second voltage divider resistor and isolation capacitor between the other terminals of which the zener diode is turned on, in addition, the input of the transistor of the shutdown unit is connected through a limiting resistor to a common point of the output circuit of the transistor of the loading unit and the ballast resistor.

В отличие от прототипа, введение диода в предложенной св зи с остальными элементами схемы, при просадках сетевого на- пр жени , преп тствует разр ду разделительного конденсатора по цепи: первый резистор делител  напр жени , источник сетевого напр жени , входна  емкость транзистора исполнительного элемента и резистор, подключенный параллельно входной цепи транзистора блока включени . Тем самым предотвращаетс  перезар д малой входной емкости транзистора исполнительного элемента от разделительного конденсатора большей емкости и исключаютс  ложные срабатывани  устройства . Unlike the prototype, the introduction of a diode in the proposed connection with the other elements of the circuit, when the voltage drops, prevents the discharge of the isolation capacitor in the circuit: the first voltage divider resistor, the voltage source, the input capacitance of the transistor of the actuator and a resistor connected in parallel with the input circuit of the transistor of the switching unit. This prevents overcharging of the small input capacitance of the transistor of the actuator from the isolation capacitor of a larger capacitance and prevents false alarms of the device.

Опасное нарастание напр жени  на входной емкости исполнительного транзистора при возможных бросках сетевого напр жени  блокируетс  введенным стабилитроном.A dangerous rise in voltage at the input capacitance of the actuating transistor during possible surges of the mains voltage is blocked by the introduced zener diode.

Учитыва  приведенное обоснование, можно сделать вывод, что устройство обладает повышенной надежностью.Given the above rationale, we can conclude that the device has increased reliability.

Подключение входа транзистора блока отключени  через ограничительный резистор к общей точке выходной цепи транзистора блока подгрузки и балластного резистора обеспечивает при возникновэнии аварийной ситуации (как и в прототипф) насыщение транзистора блока отключени  и размыкание исполнительного элемента. Однако при отсутствии аварийной ситуации в режиме контрол , св зь входа транзистора блока отключени  с положительным вход0 ным зажимом прерываетс  выключеннымConnecting the input of the shutdown block transistor through a limiting resistor to a common point of the output circuit of the loading block transistor and the ballast resistor provides, in case of an emergency (as in the prototype), the transistor of the shutdown block saturates and the actuator opens. However, in the absence of an emergency in the monitoring mode, the communication of the input of the transistor of the trip unit with the positive input terminal is interrupted

транзистором блока подгрузки и, тёльно, исключаютс  существенные потериby the transistor of the loading unit and, substantially, substantial losses are eliminated

в ограничительном резисторе, повышаетс in the limiting resistor increases

КПД устройства.Device efficiency.

5 Сопоставление с прототипом показывает , что за вл емое устройство отличаетс  наличием новых элементов. Таким обрйзом это устройство соответствует критерию новизна .5 Comparison with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the presence of new elements. Thus, this device meets the criterion of novelty.

0 Введение в за вл емое устройство св зи блока отключени  с блоком подгрузди, а также диода и стабилитрона в указанной св зи, приводит к повышению его КПД и надежности.0 Introduction to the inventive communication device of the disconnecting unit with the load unit, as well as the diode and the zener diode in this connection, increases its efficiency and reliability.

5 Это позвол ет сделать вывод о соответствии технического решени  критерию существенные отличи .5 This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of significant differences.

На чертеже приведена схема устррйст- ва дл  защиты электрических цепей. The drawing shows a diagram of a device for protecting electrical circuits.

0 Устройство содержит ключевой исполнительный элемент 1, датчик тока 2, включенный последовательно к входным выводам 3, выходные выводы 4 дл  подключени  нагрузки, пороговый элемент 5, бло5 ки отключени  6 и включени  7, Олок0 The device contains a key actuating element 1, a current sensor 2, connected in series to the input terminals 3, output terminals 4 for connecting the load, the threshold element 5, shutdown units 6 and on 7, Olok

. подгрузки 8 с балластным резистором 9,. load 8 with ballast 9,

первый резистор 10 делител  напр жени ,a first voltage divider resistor 10,

второй резистор 11 делител  напр жени ,a second voltage divider resistor 11,

разделительный конденсатор 12, ограничи0 тельный резистор 13, резистор 14, подйлю- ченный параллельно входной ц епи транзистора блока включени , дополнительные диод 15 и стабилитрон 16.isolation capacitor 12, limiting resistor 13, resistor 14 connected in parallel to the input circuit of the switching unit transistor, additional diode 15 and zener diode 16.

Устройство работает следующим оора5 зом, The device operates as follows.

Подключение источника напр жени  к входным выводам 3 вызывает протекание тока зар да конденсатора 12 по цепи фзы транзистора блока 7 включени , который от0 пираетс  и включает транзистор исполнительного элемента 1.. Connecting the voltage source to the input terminals 3 causes the charge current of the capacitor 12 to flow along the phase circuit of the transistor of the switching unit 7, which opens and turns on the transistor of the actuator 1 ..

Опасное нарастание напр жени  на входной емкости исполнительного элемента 1 в случае повышенной величиныDangerous increase in voltage at the input capacitance of the actuating element 1 in case of an increased value

5 сетевого напр жени  ограничиваетс  Ьта- билитроном 16. | 5, the mains voltage is limited to the 16-bitron 16. |

Длительность импульсного включаю|ще- го сигнала на входе исполнительного элемента 1 определ етс  посто нной времени зар да конденсатора 12 и устанавливаетс The duration of the pulse switching signal at the input of the actuating element 1 is determined by the constant charge time of the capacitor 12 and is set

большей времени включени  защищаемой нагрузки. Замыкание ключа исполнительного элемента 1 вызывает по вление напр жени  на выходных выводах 4 и нагрузке, пороговый элемент 5 запитываетс  вспомогательными напр жени ми +Е и -Е.longer turn-on time of the protected load. The closure of the key of the actuator 1 causes a voltage to appear at the output terminals 4 and the load, the threshold element 5 is energized by auxiliary voltages + E and -E.

После включени  нагрузки поддержание транзистора исполнительного элемента 1 во включенном состо нии обеспечиваетс  св зью его входа посредством резистора с вспомогательным напр жением +Е. На выходе порогового элемента 5 формируетс  сигнал отрицательной пол рности, который запирает транзистор блока 6 отключени , Блок 6 отключени  находитс  в состо нии готовности и не оказывает вли ни  на штатное функционирование схемы. В случае резких просадок сетевого напр жени  в пределах допуска, диод 15 преп тствует разр ду конденсатора 12 через первый резистор 10 делител  напр жени , источник сетевого напр жени , входную емкость транзистора исполнительного элемента 1 и резистор 14. Тем самым предотвращаютс  ложные срабатывани  устройства защиты путем прерывани  тока перезар дной входной емкости транзистора 1 от разделительного конденсатора 12 через наиболее низкоомную цепь (учитыва , что номинал резистора 10 выбираетс  из необходимости насыщени  транзистора блока 6 и меньшим номинала резистора 11).After the load is turned on, maintaining the transistor of the actuator 1 in the on state is ensured by connecting its input by means of a resistor with auxiliary voltage + E. A negative polarity signal is generated at the output of the threshold element 5, which locks the transistor of the trip unit 6, the trip unit 6 is in a ready state and does not affect the normal operation of the circuit. In the event of sharp drops in the mains voltage within the tolerance, the diode 15 prevents the discharge of the capacitor 12 through the first resistor 10 of the voltage divider, the mains voltage source, the input capacitance of the transistor of the actuator 1 and the resistor 14. This prevents false tripping of the protection device by interruption of the current of the input capacitance of the transistor 1 from the isolation capacitor 12 through the lowest resistance circuit (taking into account that the value of the resistor 10 is selected from the need to saturate the transistor unit and 6 and less than the value of the resistor 11).

Возникновение КЗ или увеличение тока , потребл емого нагрузкой, приводит к увеличению амплитуды информационного сигнала, поступающего отдатчика тока 2 на вход порогового элемента 5.The appearance of a short circuit or an increase in the current consumed by the load leads to an increase in the amplitude of the information signal received by the current detector 2 at the input of the threshold element 5.

Возрастание сигнала свыше уровн  опорного напр жени  (подведенного ко второму входу порогового элемента 5) вызывает по вление на выходе порогового элемента 5 импульса положительной пол рности, производ щего отпирание транзистора блока 6 отключени  и размыкание исполнительного элемента 1. Происходит отключение нагрузки от источника сетевого напр жени , обесточиваетс  пороговый элемент 5. Однако любое срабатывание устройства защиты вызывает увеличение напр жени  на силовых выводах исполнительного элемента 1 и включение транзисторов блока 8 подгрузки. При этом включаетс  транзистор блока 6 отключени  током через ограничительный резистор 13 и выходную цепь транзистора блока 8 подгрузки от плюсового входного вывода. Осуществл етс  поддержание в замкнутом состо нии управл ющих выводов исполнительного элемента 1 при отсутствии сигнала с выхода порогового элемента 5. Энерги An increase in the signal above the level of the reference voltage (connected to the second input of the threshold element 5) causes a positive polarity pulse to appear at the output of the threshold element 5, which unlocks the shutdown transistor 6 and opens the actuator 1. The load is disconnected from the mains voltage source the threshold element 5 is de-energized. However, any operation of the protection device causes an increase in the voltage at the power terminals of the actuating element 1 and the transistor s block 8 podgruzki. In this case, the transistor of the current-disconnecting unit 6 is turned on through the limiting resistor 13 and the output circuit of the transistor of the loading unit 8 from the positive input terminal. The control terminals of the actuating element 1 are kept in a closed state in the absence of a signal from the output of the threshold element 5. Energy

утечки, пропускаема  исполнительным элементом 1 в выключенном состо нии, рассеиваетс  балластным резистором 9. Таким образом исключаютс  нарастание напр жени  на входных выводах 4 и несанкционированные периодические запуски (преобразователей) нагрузки.The leakage passed by the actuator 1 in the off state is dissipated by the ballast 9. This prevents the buildup of voltage at the input terminals 4 and unauthorized periodic starts (converters) of the load.

В случае возникновени  иной аварийной ситуации, например, наличие перегруз0 ки и отсутствие вспомогательных напр жений +Е и -Е, на силовых выводах исполнительного элемента 1 начинаетс  нарастание напр жени  и включаетс  блок 8 подгрузки.In the event of a different emergency, for example, the presence of an overload and the absence of auxiliary voltages + E and -E, an increase in the voltage starts at the power terminals of the actuator 1 and the load unit 8 is turned on.

5 По ограничительному резистору 13 начинает протекать ток, включаетс  транзистор блока 6 отключени , который обеспечивает (после выключени  транзистора блока 7 включени ) безопасный скачкообразный режим5 A current starts flowing through the limiting resistor 13, the transistor of the trip unit 6 is turned on, which provides (after the transistor of the turn-on unit 7 is turned off) a safe abrupt mode

0 выключени  транзистора исполнительного элемента 1.0 turn off the transistor of the actuator 1.

Повторное включение устройства производитс  перерывом подачи сетевого напр жени  на входные выводы 3.The device is again turned on by interrupting the supply of the mains voltage to the input terminals 3.

5 Производимое отключение, с целью анализа причин отказа, вызывает разр д конденсатора 12 и восстановление исходного состо ни  (готовности) устройства защиты дл  повторного запуска,5 The shutdown, in order to analyze the causes of failure, causes the capacitor 12 to discharge and restore the initial state (readiness) of the protection device for restarting,

0 Последовательно включенные диод 15 и резистор 10 могут быть взаимно заменены местами без изменени  характера функционировани  схемы.0 Serially connected diode 15 and resistor 10 can be mutually interchanged without changing the nature of the functioning of the circuit.

Изобретение повышает КПД и надеж5 ность устройства, снижает требовани  к качеству сетевого напр жени  и допустимому диапазону его изменени , обеспечивает повышенную безопасность защищаемой нагрузки .The invention increases the efficiency and reliability of the device, reduces the requirements for the quality of the mains voltage and the permissible range of its variation, and provides increased safety of the protected load.

Claims (1)

0 Формула изобретени 0 Claims Устройство дл  защиты электрических цепей, содержащее ключевой исполнительный элемент, включенный последовательно с датчиком тока, пороговый элемент, блокA device for protecting electrical circuits containing a key actuator connected in series with a current sensor, a threshold element, a unit 5 включени  и блок отключени  исполнительного элемента, выходом включенный параллельно управл ющим входам исполнительного элемента, а также блок подгрузки , причем управл ющий вход транзистора5 includes an actuator shutdown unit and an output element connected in parallel to the control inputs of the actuator, as well as a loading unit, the transistor control input 0 блока включени  через разделительный конденсатор подключен к резисторному делителю напр жени , включенному параллельно входным выво дам, а также к соединенным последовательно резистору,0 of the switching unit through a separation capacitor is connected to a resistor voltage divider connected in parallel to the input terminals, as well as to a resistor connected in series 5 выходной цепи транзистора и управл ющим входам исполнительного элемента, при этом обща  точка резистора и упом нутого транзистора через ограничительный резистор соединена с выходом порогового элемента , посредством которого вход5 of the output circuit of the transistor and the control inputs of the actuating element, while the common point of the resistor and said transistor is connected through the limiting resistor to the output of the threshold element, through which the input транзистора блока отключени  соединен с датчиком тока, кроме того управл ющий вход исполнительного элемента через резистор подключен к источнику вспомогательного напр жени , а параллельно силовой цепи исполнительного элемента включена входна  цепь первого транзистора блока подгрузки, выходной цепью подключенного к входным выводам через ограничительный резистор, параллельно которому входной цепью включен второй транзистор блока подгрузки, выходной цепью подключенный через балластный резистор к выходным выводам , отличающеес  тем, что, с цельюthe trip unit transistor is connected to a current sensor, in addition, the control input of the actuator through a resistor is connected to the auxiliary voltage source, and in parallel with the power circuit of the actuator is the input circuit of the first transistor of the load unit, the output circuit connected to the input terminals through a limiting resistor, parallel to which the input circuit includes a second transistor of the loading unit, the output circuit connected via a ballast resistor to the output terminals, characterized in that, with the aim повышени  надежности и КПД, в него йве- дены диод и стабилитрон, причём анод да соединен Через первый резистор делител  напр жени  с положительным входным выводом, а катод - с общей точкой соединени  выводов второго резистора делител  напр жени  и разделительного конденсатора , между другими выводами которых включен стабилитрон, кроме того вход транзистора блока отключени  подсоединен через ограничительный резистор к общей точке соединени  выходной цепи транзистора блока подгрузки и балластного резистора.to increase reliability and efficiency, a diode and a zener diode are inserted into it, the anode being connected via the first voltage divider resistor to a positive input terminal, and the cathode to a common connection point of the terminals of the second voltage divider resistor and an isolation capacitor, between the other terminals of which the zener diode is turned on, in addition, the input of the transistor of the shutdown unit is connected through a limiting resistor to a common point of connection of the output circuit of the transistor of the loading unit and the ballast resistor.